摘要：近几年以来，随着发电成本的不断飚升，电力企业利润大幅滑坡甚至亏损，挖掘内部潜力，优化运行方式而达到节能降耗的目的，成为发电厂的一项重要举措。本文介绍某LM6000型燃汽轮机电厂投产以来在生产实践过程中采取节能增利的主要措施，这些方法和经验对同类型机组发电厂具有一定借鉴意义。
关键词：燃气轮机；提高出力；节能增利
1引言
LM6000PF航改型燃气轮机源自通用电气CF6-80C2航空发动机，简单循环出力为45409kW（设计工况），最快可实现3分钟从冷态到满负荷启动过程。燃机采用干式低氮排放燃烧方式，在50%负荷到100%负荷以内，氮氧化物的排放量可以保证在30mg/Nm³以内。LM6000PF一个双轴燃气轮机（双转子结构，采用高压轴套低压轴的形式），由一个五级低压压气机，一个十四级高压压气机，一个二级高压透平和一个五级低压透平组成。低压转子由低压压气机和驱动它的低压透平组成，高压转子由高压压气机和驱动它的高压透平组成，高压核心部件包括高压压气机、燃烧室和高压透平。
环境空气通过进气系统过滤后吸入压气机，吸入的空气被加压后进入三重环形燃烧室，在75个空气-燃气预混器内与燃料混合后由点火器点燃，燃烧产生的高温气体进入高压透平膨胀做功，同时带动高压压气机，气体继续经过低压透平膨胀做功，带动低压压气机，同时通过减速齿轮箱带动发电机输出负荷。膨胀后的气体则通过余热锅炉从主烟囱排入大气。
2优化喷雾中冷系统运行
2.1压气机
由一个五级低压压气机(LPC)和一个十四级高压压气机（HPC）组成。可调式进气导片（VIGV）安装在LPC的前端，能够在燃气轮机部分负荷的时候调节空气流量，从而提高燃气轮机部分负荷的效率。空气从VIGV入口进入LPC，LPC以约2.4：1的比例压缩空气。离开LPC的空气被导入HPC，并在怠速和低功耗时由在两个压气机之间的流道内配备的VBV（可变旁通阀）来调节HPC的进气量。为了进一步控制气流，HPC配备有变距定子叶片(VSV)。HPC以约12：1的比例压缩空气，形成了与环境压力相比30：1的总压缩比。在必要时抽出HPC出口空气和8级排气以满足现场的具体工作要求，然后将压缩机出口空气导入燃烧室部分。
2.2喷雾冷却系统(SPRINT)
燃气轮机输出功率受大气条件的影响很大，随着气温的升高，其输出功率下降，热耗率增加。降低燃气轮机的进气温度，是在高温季节提高燃机实际出力，消除环境影响最简单最有效的办法。喷雾冷却系统是一套中间冷却降温喷射系统，通过向空气中不断喷水加湿，水雾自然蒸发，随着湿空气相对温度的提高，湿空气的干球温度会自然下降，空气密度升高，从而达到增加功率，使得燃机发电(GTG)设备达到全负载运行。喷雾冷却系统将高压压气机第八级抽气和除盐水混合雾化后，喷入低压压气机和高压压气机前段的进气通道，降低高压压气机（HPC）进气温度（T2.5），由此降低高压压气机排气口的温度(T3)。喷雾冷却系统多喷嘴雾化注射系统，由47个空气辅助喷嘴。（12个高压内部喷嘴， 12个安装在燃机上的1外部喷嘴和23个安装。
图1 喷雾冷却系统
HPC SPRINT：除盐水经由Y型粗滤器送入HPC导水管分配至12个内喷嘴和12个外喷嘴，与来自HPC第八级抽气混合雾化后喷入HPC。
LPC SPRINT：除盐水经由Y型粗滤器送入LPC导水管分配至23个喷嘴，与来自HPC第八级抽气混合雾化后喷入LPC进口。
工作流程：由除盐水箱来的水经一个常开阀（系统检修时关闭）和Y型过滤器，被抽入喷雾水泵（MOT-62226）后送入系统。水泵出来的除盐水受流量控制阀FCV-62230（气动阀）的控制，通过流量变送器（FT-62231）的水流先经过一个过滤直径为10微米的过滤器，再流过常开阀（系统检修时关闭）后分别进入透平间喷雾冷却系统（电磁阀SOV-62253控制高压压气机进口除盐水，SOV-62252控制低压压气机进口除盐水）。
燃机喷雾模式投运需满足低压压气机进口温度T2高于42℉，投运防冻盘管以适应。燃机喷雾模式投运需满足压气机出口PS3符合条件，采用在线水洗提高压气机实际工作压比。
图2 燃机高压喷雾下机组负荷图 图3 燃机低压喷雾下机组负荷图
燃机负荷 汽机负荷
图2、图3取自燃机喷雾模式下燃烧调整负荷变化趋势，燃机在喷雾模式下高、低压模式的满负荷分别为：高压喷雾下35.88MW，低压喷雾下40.13MW。其中低压模式下的燃机出力更高，应尽量保持低压喷雾。燃机进口温度T2在低于45℉会自动切换喷雾模式，由低压喷雾自动切换至高压喷雾，而低压喷雾出力较高压喷雾出力升高4MW左右，故提高并稳定T2至45℉，使喷雾稳定在低压模式，可以提高燃机运行出力。
3燃机进气冷却投运优化
3.1进气冷却装置：
燃气轮机运行特性受外界环境影响较大，特别是受燃机压气机的进气温度影响。随着压气机进气温度升高，空气质量流量下降，压气机耗功增大，燃气轮机的发电功率及发电效率都会有所下降。因此在高温季节采用进气冷却装置将燃气轮机入口即压气机进气温度降低可以有效地改善燃气轮机的工作状况。
图4 燃机在不同温度下对应的负荷（MW）
由图4可以看出，投入进气冷却后，压气机进气温度（T2）有了较为明显的下降，燃机的出力较未投入进气冷却有了提升。但由于双排进气防冰冻加热盘管使用的进气冷却水为闭式冷却水，温度在26℃左右，所以在高温季节冷却效果有限。
3.2进气冷却装置改造
因燃机使用闭冷水作为冷却水效果达不到预期，故对燃机进气冷却系统改造。改造后，燃机燃烧空气进出水管接至厂用空调回水母管上（15℃左右）。这一改造，大大提高了燃机出力，但却影响了厂内空调用户，严重时将会影响空调用户。针对该情况，当白天制冷站厂内供水温度高于10℃，回水温度高于18 ℃时，停运燃机进气冷却装置。下午16:30后，环境温度下降后复投，充分发挥公司三联供的自身优势，就地取材、合理利用溴化锂机组制冷水，无附加冷却成本、提高了燃机的实际出力。实现燃机出力及厂内空调负荷的双赢。
图5
由图5可以看出：当投入冷冻水为制冷水时，平均较投入闭冷水时提高约3MW，较不投冷冻水时提高约5MW。进气冷却装置冷却水源改成制冷水后，有效提高了单台燃机3MW的出力（相比闭冷水），按每度电约0.135元的收益，进气冷却装置年投运时间约为90天。冬季极端条件下，投入防冰冻装置与喷雾搭配则较基础模式下提高2MW，按20天计。总收益为：90x24x0.135x3x1000x2+20x24x0.135x2x1000X2=2008800元
4燃机防冻水投运优化
4.1燃机防冰冻装置投运：
进入冬季，环境温度持续走低，燃机燃烧空气通道存在结露风险，长此以往，堵塞的现象会越来越严重，直接影响燃机的进气压差，如不及时消除，燃机极易发生 “吞冰”危险。与此同时，燃机低压压气机入口温度<45℉，同时使得低压端喷雾系统的无法正常投运，影响了燃机出力。
因此，我们必须高度重视燃气轮机进气系统的结露结冰现象，并彻底解决这个危及燃机安全运行的事故隐患。
4.2燃机防冰冻水投运方案：
为了防止结冰隐患的发生，且不影响燃机出力。针对天气情况，制定了燃机防冰冻装置及喷雾系统的投运方案及措施，在确保燃机安全稳定运行的前提下，使之达到最大出力。
采用闭式水作为燃烧空气的防冰冻水，燃机喷雾投用的情况下，当压气机进气温度T2＜47℉时,投用燃烧空气A/B侧防冰冻水,保持T2温度在48℉左右。当空气湿度＞70%rh，压气机进气温度T2＜42℉时,投用燃烧空气A/B侧防冰冻水,保持T2温度在42℉左右。当空气湿度＜70%rh，压气机进气温度T2＜40℉时，投用燃烧空气A/B侧防冰冻水,保持T2温度在40℉左右。
5进气滤网优化
5.1通风和燃烧空气系统
对空气进行过滤，对燃机舱和发电机舱进行通风，也对 LM6000 燃气轮机燃烧所使用的空气进行冷却。空气分配标准：对用作燃烧的空气设置的要求是通过滤网后的通风量不低于230,000scfm(标准立方英尺每分钟)，对用作燃机箱体和发电机箱体冷却和通风的空气设置要求是通过滤网后的通风量不低于99,000scfm，其中燃机箱体通风量不低于60,000scfm，发电机箱体通风量不低于39,000scfm。
通风和燃烧空气系统包括：一个过滤室结构、顶式安装的消音器、风扇和相关的管道系统，这些部件均在燃机透平和发电机排气罩上。过滤室包括：防水罩、滤芯、控制系统、冷却器线圈、静压箱装配（空气进口室）、通道和梯子组件。空气进气室过滤后的空气一路进入燃机透平进气口用于燃烧，另两路分别进入燃机箱体和发电机箱体用于冷却和通风。空气过滤室带有检修门可进入检查。本机组进气过滤系统使用的是静态过滤器，包括两个配有防水罩的过滤室，除湿器，筒式过滤器，一个集气室，检修门和配有爬梯的仪表设备/电气检修平台。空气首先通过防水罩、除湿器和进气滤网进入过滤室。防水罩和除湿器保护过滤器免受雨雪和日晒。空气然后流入中间的进气室和过滤器组成的装配体。进气室和过滤器装配体包含 152 个可更换的复合过滤器元件，这些元件安装在过滤室两侧的墙板上。气流离开过滤器后，分成两股：一股用作燃气轮机燃烧用空气，另一股用于燃机舱和发电机室通风。
5.2燃机进气系统加装粗滤
根据现场及设备情况实际情况，设备部提出加装粗滤的方案以减少燃机停机次数，提高燃机运行经济性。依据燃机进气系统就地设计情况，丈量尺寸后，因进气滤室入口门较小，采用现场裁料，直接安装进气滤室两侧共150块55x55cm粗滤网。燃机进气粗滤网的加装，在燃机精滤前提供了一道屏障，保证燃机进气空气的品质，延长压气机结垢时间和精滤更换周期，提高了燃机运行出力，并减少了被动停机水洗及更换精滤的频率。
6定期停机水洗
6.1燃机水洗：
压气机表面的结垢，影响压气机的压比，进而影响了燃机出力，故净化压气机进气是燃机尤为关键的一环。LM6000型燃汽轮机进气滤室两侧共安装152个精滤筒，用来过滤空气中的颗粒物、粉尘等。但因空气质量较差，过滤效果难达预期，经一段时间后，压气机就存在结垢现象、其压比降低，进而影响燃机出力。通过定期水洗可以去除机油，润滑脂，积碳，盐分和来自于燃气轮机压缩机叶片的大气积灰，从而实现燃气轮机的最佳性能。水洗系统可在正常运行时（在线水洗）除去压气机叶片上的积垢或燃气轮机停机维护时（离线水洗）对燃机进行彻底的浸泡和冲洗。
6.2离线水洗：
通过定期清洗燃机压气级叶片上的污垢，保证压缩比从而实现最佳的燃机效率。水洗系统可在正常运行期间（在线水洗）或在已停用透平进行维护时（离线水洗）清洗叶片。100加仑（379L）水洗箱需要手动添加除盐水和清洗液（清洗液按4:1的比例），并在必要时连接加入防冻液。配置好的清洗液由水洗泵打出，在线清洗电磁阀打开，清洗液经过50μm过滤器进入14个喷嘴进行在线清洗。离线清洗电磁阀打开，清洗液经过50μm过滤器进入8个喷嘴进行离线清洗。清洗循环持续10分钟，然后自动开始净化循环。在清洗循环时，清洗水温应在50℃左右。在漂洗之后，排干并清洁水箱，然后再进行下一步水洗。水洗循环至少持续10分钟之后，自动启动吹扫循环。吹扫循环是使用仪器或者压缩空气，过滤到3微米，在压力条件为0.552-0.827MPa的情况下持续1分钟。如果需要冲洗循环，冲洗水的温度应该在60-82℃。冲洗后，在下次水洗前需要排干清理水洗箱。水洗箱低液位开关会在液位降低到23%时提供警报，泵和水洗箱加热器当液位达到23%以上时会被开启。水洗箱加热装置当温度降低到38 ℃时会被打开。通常建议在离线水洗时使用热水，这样可以使因水洗导致的停机时间降至最短。
通过自动水洗系统可以在停机前选择离线水洗操作。在停机期间离线水洗顺序会在合适的时间点启动，目的在于使因执行离线水洗所需要的停机时间降至最短。
对比燃机采用停机水洗前后负荷变化趋势，可以知道离线水洗后，PS3提高明显、燃机投运喷雾下，燃机负荷由先前38.89MW升高至41.91MW，提高了燃机出力。离线水洗后提高燃机出力约2MW，加装粗滤前，停机水洗频率约为2月一次，现为3月一次。停机水洗保守创收142800元。
7结论
本文讲述通过对喷雾系统运行方式的优化，选择定期停机水洗，对进气系统冷却方式的优化、防冻水的投运、精滤前加装粗滤网方案提高燃机出力，优化效益合计388万/年。改造方案的选择和顺利实施，对电力企业本身具有深远的影响，是极具发展前景的创新技术，对同类型机组具有很好的借鉴价值。
参考文献
[1]华润电力（常州）有限公司燃机运行标准
[2]LM6000操作与维护手册
作者简介
王元贺 华润电力（常州）有限公司 集控巡检 wangyuanhe1@crpower.com.cn 14705205912
孔海兵 华润电力（常州）有限公司 值长 nikonghaibing@126.com 17701530618
朱峰 华润电力（常州）有限公司 值长 zhufeng112@crpower.com.cn 13921067282
论文作者:王元贺,孔海兵,朱峰
论文发表刊物:《电力设备》2018年第30期
论文发表时间:2019/4/11
标签：燃气轮机论文; 空气论文; 温度论文; 系统论文; 离线论文; 气机论文; 负荷论文; 《电力设备》2018年第30期论文;